华东地区不同种类畜禽粪便对农田土壤重金属输入的影响

(环境保护部环境发展中心，北京 100029)

华东地区不同种类畜禽粪便对农田土壤重金属输入的影响

刘海东李琳张维俊吴娜伟

(环境保护部环境发展中心，北京 100029)

在统计有关我国华东地区畜禽养殖规模、粪便重金属含量等相关文献数据的基础上，探讨了华东地区畜禽粪便对农田土壤重金属输入的贡献，以及不同畜禽种类的影响。结果表明，畜禽粪便中重金属对农田土壤的输入量从大到小依次为Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu为主要输入的元素。生猪粪便是农田土壤中Zn、Cu、As输入量的主要贡献者，家禽粪便是Cr、Pb、Hg输入量的主要贡献者。牛粪便对农田土壤中Pb、Hg、Cr输入量的贡献也不低。

农田土壤；重金属；畜禽粪便；华东地区

引言

我国农业土壤污染状况总体不容乐观。据农业部进行的调查，每年因重金属污染减产的粮食1000多万吨，被重金属污染的粮食每年达到1200万吨，合计损失至少200亿元[1]。陈亦云等研究认为全国农田土壤重金属污染处于轻度污染到中度污染之间，并表现出一定的时空分异规律[2]。我国是畜禽养殖大国，但随着畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽养殖环境污染问题日渐凸显。为了增强畜禽抗病力，促进快速生长，一些重金属元素如铜、锌、砷、铅等被广泛应用于饲料添加剂。研究表明，动物仅能有效利用饲料中重金属的10%左右，其他几乎都随粪便排出体外[3]。中国每年使用的微量元素添加剂有15-18万吨，约有10万吨左右未被动物利用而随粪便排出[4-5]。重金属元素随粪便直接进入到农业土壤中，但重金属元素不像有机污染物能够被土壤中的微生物降解，而是大部分滞留在土壤中，导致其在土壤中含量不断增加，对农业土壤及农产品质量产生较大的安全隐患。畜禽粪便中重金属含量与地域及畜禽种类也有较大关联。张树清等对北京、浙江、山东、吉林、江苏等地典型规模化养殖场畜禽粪便中重金属含量的研究表明，猪粪中铜、锌、砷的质量分数明显高于鸡粪，而鸡粪中镉高于猪粪[6]。目前，针对畜禽粪便重金属的研究主要集中在局部区域和含量分析方面，而针对农田土壤中重金属输入的贡献及影响因素研究较少。本研究以我国华东区域为对象，研究探讨畜禽粪便还田对农田土壤重金属输入的贡献以及不同畜禽种类的影响，以期为加强农田土壤重金属的污染防治提供指导。

1 研究区概况

我国地域辽阔，畜禽养殖分布很不平衡，存在着一条畜牧养殖疏密分界线，该线自内蒙古新巴虎左右旗交界处到海南省东方市西海岸，西侧为畜禽养殖的稀疏地区，东侧为密集地区，东部地区养殖数量高于西部地区，特别是华北、华东、华南地区[7]。本研究选取我国华东地区，包括山东、上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西等7个省(市)。根据《中国农业统计资料2015》，华东地区2015年生猪、家禽、肉牛、奶牛存栏量分别为9808.81万头、157341.5万只、784.19万头、188.8万头，分别占全国的22%、27%、14%、4%；其中山东是养殖大省，其次为江苏、江西等省。依据《中国国土资源公报》、《第二次全国农业普查主要数据公报》、华东地区农田土壤(主要以耕地、园地计)共2745.91万公顷，其中山东、安徽和江苏省分布面积较大。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源和整理

根据《中国农业统计资料2015》，获取华东地区各省2015年主要畜禽养殖种类、养殖规模数据。畜禽粪便还田主要用于蔬菜和作物等种植，因此农田土壤以各省耕地、园地等分布面积计，数据来源于从《中国国土资源公报》、《全国农业普查主要数据公报》等各省统计资料。

2.2 研究方法

(1)畜禽粪便产生量计算：畜禽粪便排泄系数是指单个畜禽每天排出粪便的数量，其与畜禽种类、生长期等多个因素有关。畜禽粪便排泄系数根据《第一次全国污染源普查畜禽养殖业产排污系数与排污系数手册》中华东地区不同畜禽种饲养阶段粪便量产污系数进行加权计算，结果见表1。畜禽粪便年产生量由畜禽养殖量、种类、畜禽粪便排泄系数等估算得出：畜禽粪便年产生量=畜禽年末存栏量×日排泄系数×时间。

表1 华东地区畜禽粪便日排泄系数

(2)畜禽粪便重金属含量计算：畜禽粪便中铜(Cu)、锌(Zn)含量根据《第一次全国污染源普查畜禽养殖业产排污系数与排污系数手册》中华东地区不同畜禽种饲养阶段污染物铜、锌的产污系数进行加权计算。重金属铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)含量来自于华东地区各省2010-2016年公开发表的相关研究文献中针对家禽、猪、奶牛、肉牛等1300多个采样样品的试验数据，剔除异常值后以各省为基本单元取平均值。

3 结果分析

3.1 畜禽粪便对农田土壤重金属的输入

华东地区各省畜禽粪便对农田土壤重金属输入的贡献见图1。从结果可以看出，华东各省畜禽粪便对农田土壤重金属年输入量从大到小依次为山东>江苏>江西>安徽>福建>浙江>上海。山东省年输入量达5120.9t/a，分别是江苏、江西、安徽省的2倍多，是福建、浙江省的约4倍、6倍，是上海市的33倍。生猪粪便是各省畜禽粪便对农田土壤重金属输入的主要来源，各省生猪粪便占畜禽粪便重金属输入量的比例在57%-73%，山东省除外，其生猪粪便重金属贡献比例约占44%；其次为家禽粪便，而牛粪便对农田土壤重金属的输入量在畜禽粪便中所占比例较低。总体来看，由于各地养殖种类和规模的不同，对农田土壤重金属年输入量在不同地区存在一定的差别。

图1 华东地区各省畜禽粪便对农田土壤重金属的输入量

华东地区各省畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素输入的贡献见图2。由结果可见，畜禽粪便对农业土壤重金属的输入量从大到小均依次为Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu为主要输入的元素，明显高于其他重金属元素。畜禽粪便对单位面积农业土壤中Zn和Cu的贡献量分别达323g/hm2·a和142g/hm2·a，其次是Cr、Pb、As，分别达28.9g/hm2·a、12.4g/hm2·a、8.4g/hm2·a。

图2 华东地区畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素的输入量

3.2 不同种类畜禽粪便对农田土壤重金属输入的影响

不同畜禽种类，其粪便对农业土壤重金属的输入有所差别。图3给出了不同种类畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素的输入量。由图3可以看出，生猪粪便对农业土壤重金属的输入以Zn和Cu为主，分别为4348.3t/a、3135.6t/a，其次为Cr、As，输入量相对较低，分别为135.4t/a、109.7t/a；家禽粪便输入以Zn为主，达3628.1t/a，其次为Cu、Cr、Pb等，但Zn输入量分别是Cu、Cr、Pb输入量的6.5倍、7.8倍、17.5倍；牛粪便输入也以Zn为主，达890.3t/a，分别是Cu、Cr输入量的4.3倍、4.6倍，是Pb输入量的7.5倍。

不同畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素的贡献比例见图4。生猪粪便是农田土壤中Cu、Zn、As、Cd输入量的主要贡献者，贡献比例分别达到81%、49%、48%、42%；家禽粪便是农田土壤中Cr、Pb、Hg输入量的主要贡献者，贡献比例分别达到58%、55%、42%，同时其对农田土壤中Zn、As、Cd输入量的贡献比例分别达到41%、37%、39%。牛粪便对农田土壤中Pb、Hg、Cr输入量的贡献也不低，比例分别达到35%、33%、25%。

图3 华东地区不同畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素的输入量

图4 不同畜禽粪便对农田土壤主要重金属元素的贡献比例

4 结 论

畜禽粪便还田造成的重金属输入是农田土壤重金属污染的重要来源之一，但是针对农田土壤中畜禽粪便重金属贡献量的研究较少。华东地区是我国畜禽养殖的重要区域之一，本研究以华东地区为对象，分析探讨了畜禽粪便还田对农业土壤重金属污染的贡献，以及不同畜禽种类的影响。结果表明：

(1)华东各省畜禽粪便对农田土壤重金属年输入量从大到小依次为山东>江苏>江西>安徽>福建>浙江>上海。生猪粪便是各省畜禽粪便对农田土壤重金属输入的主要来源，其次为家禽粪便，牛粪便贡献量最低。

(2)畜禽粪便对农业土壤重金属的输入量从大到小均依次为Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，其中，Zn和Cu为主要输入的元素，明显高于其他重金属元素。

(3)生猪粪便对农业土壤重金属的输入以Zn和Cu为主，其次为Cr、As，输入量相对较低；家禽和牛粪便输入以Zn为主，其次为Cu、Cr、Pb等。

[1]高翔云，汤志云，李建和，等.国内土壤环境污染现状与防治措施[J].环境保护，2006(4)：52-55.

[2]陈奕云，唐名阳，王淑桃，等.基于文献计量的中国农田土壤重金属污染评价[J].土壤通报，2016(1)：219-225.

[3]吴二社，张松林，刘焕萍，刘在平，卢强.农村畜禽养殖与土壤重金属污染[J].中国农学通报，2011，27(3)：285-288.

[4]胡海平，王代懿，张丰松.东北三省不同规模养殖场畜禽饲料和粪便中锌质量分数特征[J].环境科学研究，2013，26(6)：689-694.

[5]王飞，邱凌，沈玉君，葛一洪，候月卿.华北地区饲料和畜禽粪便中重金属质量分数调查分析[J].农业工程学报，2015，31(5)：261-267.

[6]张树清，张夫道，刘秀梅，等.规模化养殖畜禽粪主要有害成分测定分析研究[J].植物营养与肥料学报，2005，11(6)：822-829.

[7]周俊华，何仁春，曾圣宏.我国畜禽养殖业现状、存在问题及发展趋势分析[J].上海畜牧兽医通讯，2016，2：48-50.

EffectsofDifferentKindsofLivestockManureonHeavyMetalInputinAgriculturalSoilofEasternChina

LIU Haidong LI Lin ZHANG Weijun WU Nawei

(Environmental Development Center of Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029)

Based on the published papers about livestock scale and heavy metal contents of eastern China，the present study explored the contribution of livestock manure to heavy metal input of agricultural soil and the effect of different kinds.Results showed that the input of heavy metals in livestock manure to agricultural soil was Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg，Zn and Cu were the main input elements. The input of Zn，Cu and As in agricultural soil mainly came from pig manure and the input of Cr、Pb、Hg mainly came from poultry manure. The input of Pb、Hg and Cr from cow manure was not low.

agricultural soil；heavy metal；livestock manure；eastern China

刘海东，博士，高级工程师，主要从事环境影响评价和农业环境保护研究

吴娜伟，硕士，工程师，主要从事农业环境保护研究

文献格式：刘海东 等.华东地区不同种类畜禽粪便对农田土壤重金属输入的影响[J].环境与可持续发展，2017，42(6)：136-139.

X21

A

1673-288X(2017)06-0134-06